(57)【要約】【課題】  保持器の、遊星ギアや遊星ローラの内周面等に対する案内面のすべり摩擦抵抗を小さくして、摩耗を減少させ、早期の焼付きを防止する。【解決手段】  ころ軸受６用の保持器７において、鋼材からなる母材７ａの少なくとも案内面の側に、浸炭等の熱硬化処理による硬化層７ｃが形成される。硬化層７ｃの表面は、酸化物層が存在しないよう清浄化される。この清浄化された表面上にＤＬＣ膜９やＣｒＮ膜等の高硬度の硬質膜がコーティングされる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材表面に熱硬化処理による硬化層が形成され、硬化層の表面は酸化物層が除去されており、硬化層の表面に、硬化層より高硬度の硬質膜がコーティングされている、ことを特徴とするころ軸受用保持器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ころ軸受用保持器に係り、詳しくは、遊星ギアもしくは遊星ローラを備えた遊星式動力伝達装置において、遊星ギアもしくは遊星ローラとその支持ピンとの間に介装されるころ軸受の保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
減速や変速に使用されている遊星式動力伝達装置、例えば遊星ギア式のものは、遊星ギアを、支持ピンを介してキャリアに設けた構造で、動作時、遊星ギアは、支持ピンの周りを自転しながら、中心側にある太陽ギアの周りを公転するようになっている。遊星ギアとその支持ピンとの間には、ころ軸受が介装されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１３４８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記遊星式動力伝達装置では、公転する遊星ギアに大きな遠心力が作用する。そのため、遊星ギアとその支持ピンとの間に介装されているころ軸受は、潤滑油が流出し、貧潤滑もしくは無潤滑になりやすい。このような潤滑状態のもとで、ころ軸受の保持器は、同じく遠心力により、遊星ギアの内周面の側に変位させられて摺接することになるので、摩耗が生じ、早期に焼付きが発生するおそれがある。
【０００４】
一方、一般の高速回転用の転がり軸受では、耐摩耗性、耐焼付き性を高めるために、軌道輪や転動体の表面にＤＬＣ膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）のような硬質膜を形成することが提案されており、保持器についても、その表面に同様の硬質膜を形成することが考えられている。
【０００５】
ＤＬＣ膜は、その表面がダイヤモンドに準ずる硬さを有するので、耐摩耗性に優れ、摩擦抵抗も二硫化モリブデンやフッ素樹脂と同じように小さく、従来から潤滑性材料として使用されている。
【０００６】
しかし、保持器の表面は一般に粗面で、単に硬質膜を形成しただけでは、所要の耐摩耗性や耐焼付き性が得られないばかりか、相手部材の表面を損傷する攻撃性が増す、という問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるころ軸受用保持器は、母材表面に熱硬化処理による硬化層が形成され、硬化層の表面は酸化物層が除去されており、硬化層の表面に、硬化層より高硬度の硬質膜がコーティングされていることを特徴とするものである。
【０００８】
上記硬質膜には、ＤＬＣ膜のほか、ＣｒＮ膜等のクロム系の薄膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＣ膜等のチタン系の薄膜等がある。
【０００９】
上記構成の保持器では、硬質膜がコーティングされて最外表面となる案内面が、遊星ギア等の外輪部材の内周面、もしくは支持ピン等の内輪部材の外周面に接することになり、案内面のすべり摩擦抵抗が大幅に減少し、遠心力等により相手面に強く摺接させられることがあっても、摩耗が少なく、早期に焼付きを起こすことがなく、また、相手部材に損傷を与えることがない。
【００１０】
製造に当たって、熱硬化処理により母材の表面に硬化層を形成するのに伴い、硬化層の表面に生成される酸化物層が除去されて、硬化層の清浄な表面に硬質膜がコーティングされるから、母材と硬質膜との密着性が良好で、剥離が生じにくい。
【００１１】
本発明の好ましい実施態様として、硬化層の表面が研磨により平滑化されており、平滑化された表面の表面粗さは、最大高さＲｙ３以下で、かつ硬質膜の表面粗さは、十点平均粗さＲz１．０以下であればよい。硬質膜の下地が粗面であると、その影響を受けて硬質膜の表面も粗面になるが、上記の構成では、硬質膜の表面は、下地である硬化層の表面粗さに応じて平滑になり、すべり摩擦抵抗が低減する。
【００１２】
本発明のさらに好ましい実施態様として、硬質膜の膜厚は２μｍ以上、３μｍ以下であればよい。この程度の膜厚であれば、コーティングのコストが低く抑えられるほか、硬質膜の下地である硬化層の表面状態の影響が、硬質膜の表側にほとんど現れず、保持器の最外表面である硬質膜の表面を平滑にして、摩擦抵抗を極めて小さくすることができる。
【００１３】
本発明の他の好ましい実施態様として、硬化層の清浄化された表面の酸素濃度は、２ｐｐｍ以下であればよい。この酸素濃度であれば、母材と硬質膜との密着性が阻害されることがない。
【００１４】
本発明は、上記のほか、硬質膜の内側に金属を主成分とする中間層を設けてもよい。その金属成分としては、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ等が挙げられるが、母材の鋼材に含まれる金属であることが望ましい。このような中間層が介在すると、硬質膜の剥離が防止されるだけでなく、内部応力の緩和を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、保持器の案内面となる側に、密着性よく硬質膜がコーティングされるばかりでなく、遊星ギアや遊星ローラの内周面等に対する案内面が、硬度の高い硬質膜の表面で構成されるので、すべり摩擦抵抗が少なく、摩耗が抑制され、焼付きが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１ないし図４を参照して、本発明の最良の実施形態を説明する。図１は、本発明のころ軸受の保持器を含む遊星式動力伝達装置の正面図、図２は、図１の装置の縦断側面図、図３は、本発明のころ軸受の保持器の半部の断面図で、保持器の表面部の拡大断面形状を併せて示している。図４は、図３の保持器の製造過程を示すための表面部の拡大断面図である。
【００１７】
図１および図２において、本実施形態の遊星式動力伝達装置は、ギア型で、太陽ギア１と、この太陽ギア１の外周側に間隔をおいて配置されたリングギア２と、太陽ギア１とリングギア２との間にこれら両ギア１，２と噛み合う状態で設けられた複数（図示例では４つ）の遊星ギア３と、太陽ギア１の軸方向一方側に同軸に配置されたキャリア４とを備えており、各遊星ギア３は、キャリア４に突設された支持ピン５に回転自在に支持されている。遊星ギア３の内周面と、支持ピン５の外周面との間に、本発明の保持器７ところ８とからなるころ軸受６が介装されている。
【００１８】
図３では、本発明のころ軸受６の保持器７として、プレスと溶接とにより造られる門型の保持器を示している。この保持器７は、ころ８を収容するポケット７１を、円周方向に沿って複数有しており、内周の軸方向中間個所に凹部７２が形成されている。各ポケット７１の軸方向中間個所には、円周方向外側への広がり凹部７３がある。
【００１９】
保持器７は、鋼材を母材７ａとするもので、その表面部のうち、少なくとも案内面となる外周面７ｂの側には、図３のＡ部分に示すように、熱硬化処理による硬化層７ｃが形成されており、この硬化層７ｃの表面に、硬化層７ｃより高硬度で、硬化層７ｃに比べ薄膜の硬質膜として、ＤＬＣ膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）９が被覆形成されている。
【００２０】
その詳細を、図３と、図４の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）とを参照して、製造過程の順に説明すると、保持器７の母材７ａには、主としてＳＰＣＤのような炭素鋼、もしくはＳＣＭ４１５のような浸炭鋼が採用される。もみ抜き型の保持器では、ＳＵＪ２のような軸受鋼を用いてもよい。
【００２１】
母材７ａは、プレスと溶接とにより、所定の円筒形状に成形されて、表面は研磨される。この母材７ａの外周の表面部には、浸炭焼入焼戻しにより硬化層７ｃが形成されて、表面の硬さがＨＶ４５０以上とされる。最大ＨＶ５８０の硬さがあればよい。硬化層７ｃの深さは０．１ｍｍ以上とするが、もちろん母材７ａの芯部には、硬化されない部分を残す必要があり、最大０．２ｍｍの硬化深さがあればよい。
【００２２】
硬化層７ｃの形成には、前記のほか、浸炭窒化、窒化等、他の熱硬化処理を用いてもよい。
【００２３】
ところで、熱硬化処理により硬化層７ｃを形成すると、硬化層７ｃの表面には、通常、図４の（Ａ）に示すように、変質層として酸化物層１０ができる。このような層１０が残存していると、その表面上に成膜した場合、剥離しやすい等の問題が生じる。
【００２４】
そこで、本実施形態では、硬化層７ｃを形成した後に、ショットブラスト、サンドブラスト等の機械的清浄法、もしくはエッチング等の化学的清浄法により、酸化物層１０を除去し、図４の（Ｂ）に示すように、硬化層７ｃの表面（母材７ａの外周面７ｂでもある）に酸化物が存在しない状態に清浄化する。除去の結果として、硬化層７ｃの表面部での酸素濃度が２ｐｐｍ以下になっていればよい。
【００２５】
酸化物が除去された硬化層７ｃの表面７ｂに対しては、次に、研磨が行われて、図４の（Ｃ）に示すように、硬化層７ｃの表面７ｂが平滑化され、その表面粗さは、最大高さＲy３以下にされる。
【００２６】
硬化層７ｃの清浄化され平滑化された表面７ｂに対しては、硬質膜として、ＤＬＣ膜９が被覆形成されて、図３のＡ部分に既に示したような表面部構造の保持器７が得られる。このＤＬＣ膜９の膜厚は、下地である硬化層７ｃの表面粗さ（Ｒy３以下）に対応して、２〜３μｍに設定されている。このＤＬＣ膜９の表面粗さは、十点平均粗さＲz０．１以上で、１．０以下の範囲に収まればよい。
【００２７】
ＤＬＣ膜９は、スパッタリングによりコーティングされるが、このほか、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム形成法、イオン化蒸着法等、他の方法によりコーティングしてもよく、コーティング方法は特に問わない。コーティング時の温度は、できれば２００℃以下、高くとも、浸炭処理の焼戻し温度より低い温度に設定されている必要がある。これは、ＤＬＣ膜９のコーティング時の熱で、硬化層７ｃに硬度低下等の変質現象が起こらないようにするためである。
【００２８】
硬質膜としては、ＤＬＣ膜９のほかに、ＣｒＮ膜等のクロム系の薄膜や、ＴｉＮ膜、ＴｉＣ膜等のチタン系の薄膜等がある。これらの膜の形成方法は特に限定しないが、その膜厚、表面粗さは、ＤＬＣ膜９と同様の値にすることが望ましい。また、ＣｒＮ膜等のコーティング時の温度は、できれば２００℃以下、高くとも浸炭処理の焼戻し温度より低い温度にする必要がある。
【００２９】
上記実施形態の構成によれば、保持器７の案内面となる外周面７ｂの側には、熱硬化処理による硬化層７ｃが形成されて、その表面にＤＬＣ膜９がコーティングされており、その表面は平滑であるから、すべり抵抗が少なく、遠心力等により、外輪側の部材である遊星ギア３の内周面に強く摺接させられることがあっても、摩耗が少なく、早期に焼付きを起こすことがない。
【００３０】
また、上記構成の保持器７では、硬化層７ｃの表面７ｂとＤＬＣ膜９との間には、酸化物層１０が介在せず、硬化層７ｃの清浄化された表面７ｂにＤＬＣ膜９がコーティングされるから、母材７ａとＤＬＣ膜９との密着性が良好で、剥離が生じにくい。
【００３１】
このほか、ＤＬＣ膜９の下地となる、母材７ａの硬化層７ｃの表面７ｂが平滑化されているので、これに応じてＤＬＣ膜７ｃの表面も平滑になり、摩擦係数が小さくなる。
【００３２】
上記実施形態では、保持器７を外輪案内型として、その案内面となる外周面７ｂの側に、硬化層７ｃと、ＤＬＣ膜９やＣｒＮ膜等の硬質膜とを形成するようにしたが、硬化層７ｃと硬質膜９とは、母材７ａの内周面の側に形成してもよく、また、外周面７ｂの側と内周面の側とにそれぞれ形成してもよい。
【００３３】
母材７ａの硬化層７ｃの表面７ｂには、ＤＬＣ膜９やＣｒＮ膜等の硬質膜を直接被覆形成するほか、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ等の金属を主成分とする中間層を設けて、その外側に、ＤＬＣ膜９等の硬質膜を被覆形成してもよい。中間層の金属成分は、母材の鋼材に含まれる金属であることが望ましい。
【００３４】
また、上記実施形態では、プレスと溶接による造られる門型の保持器７を示したが、本発明は、他のタイプの保持器、例えば、もみ抜きにより造られるＭ型の保持器等にも適用可能である。
【００３５】
本発明の保持器７を有するころ軸受６は、遊星ギア３に限らず、遊星ローラとその支持ピンとの間に介装してもよく、また、一般に、ケージアンドローラ型のころ軸受が設けられる個所に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のころ軸受の保持器を含む遊星式動力伝達装置の正面図。
【図２】図１の装置の縦断側面図。
【図３】本発明のころ軸受の保持器の半部の断面図で、保持器の表面部の拡大断面形状を併せて示している。
【図４】図３の保持器の製造過程を示すための表面部の拡大断面図。
【符号の説明】
【００３７】
３    遊星ギア
５    キャリア
６    ころ軸受
７    保持器
７ａ  母材
７ｂ  外周面
７ｃ  硬化層
８    ころ
９    ＤＬＣ膜（硬質膜）
【図１】
2005147305.tif 000003
【図２】
2005147305.tif 000004
【図３】
2005147305.tif 000005
【図４】
2005147305.tif 000006